【號外】恒星被黑洞吞噬產生的幽靈粒子／江國興教授（台灣國立清華大學天文研究所特聘教授）

／／天文學家利用在南極的探測器及一系列在地面及太空的望遠鏡首次在一顆被黑洞撕裂的恆星捕獲微中子。這是天文學家史上第二次偵測到來自銀河系以外的微中子，由德國電子同步加速器研究中心 (DESY) 的博士生 Robert Stein 領導的國際團隊於 2021 年 2 月 22 日在頂尖學術期刊《自然天文學》發表這個重要成果。

微中子是基本粒子，數量遠遠超過宇宙中的所有原子，每秒就有數以兆計的微中子通過我們的身體，但它們很少與其他物質發生相互作用，所以不容易被偵測到，被喻為幽靈粒子。高能微中子的能量比地球上最強大的粒子對撞器產生的能量高 1,000 倍，因此天文物理學家對高能微中子特別感興趣。他們認為宇宙中最極端的事件，例如劇烈的星體爆發，會使粒子加速到接近光速的速度。這些粒子然後與光或其他粒子碰撞以生成高能微中子。2018 年，天文學家首次發現在一個耀變星體 (Blazar) 所產生的高能微中子。

當不幸的恆星離星系中心的黑洞太近時，重力產生強烈的潮汐，會將恆星扯裂，這種罕見的災難性事件被稱為潮汐破壞事件 (Tidal disruption event) 。在吞噬過程中，有大約一半的恆星碎片會透過吸積盤旋入黑洞裡，一道耀眼的光芒將整個星系照亮。在某些情況下，黑洞會發射快速移動的粒子流。科學家認為潮汐破壞事件會在這種粒子噴流中產生高能微中子，他們還期望這些事件將在其演化的早期在極亮時產生微中子。

這次潮汐破壞事件所產生的強光於 2019 年 4 月 9 日由「史維基瞬變設備」 (Zwicky Transient Facility, ZTF) 發現， ZTF 是位於加州理工學院的帕洛馬山天文台的 1.3 米口徑自動望遠鏡，國立清華大學和國立中央大學是創始成員之一。ZTF 擁有一台超廣角的相機，可以在三晚的時間內掃描整個天空並進行自動檢查，從而發現更多瞬變天體。這個稱為 AT2019dsg 的潮汐破壞事件發生在距地球7億光年遠的一個名為 2MASX J20570298 + 1412165 的星系中，該星系位於海豚星座，星系中央有一個超大質量黑洞，質量為太陽的 3 千萬倍。由於潮汐破壞事件為罕見天文現象，全球多個天文台攜手合作進行後續多波段（伽瑪射線、X 光、紫外線、可見光和電波）觀測與研究。

AT2019dsg 的極亮時刻在 5 月出現，但天文學家沒有看到清晰的噴流，這起事件看起來不像是微中子的候選者。然而，在半年後的 10 月 1 日，美國國家科學基金會位於南極洲的阿蒙森 - 斯科特南極觀測站的冰立方微中子天文台 (IceCube Neutrino Observatory) 捕獲到一顆名為 IC191001A 的高能微中子，並沿其軌跡回溯到了天空中的位置。大約七個小時後，ZTF透過交叉分析確認在四月發現的 AT2019dsg 也在相同的天區。經分析後， Robert Stein 和他的團隊認為這次潮汐破壞事件與捕獲的微中子僅是巧合的機會只有 500 分之一。透過後續的多波段聯合觀測，促使天文物理學家重新思考潮汐破壞事件如何產生高能微中子。

Robert Stein表示：「這是與潮汐破壞事件相關的第一顆微中子，潮汐破壞事件尚有許多未解的謎團，而微中子顯示在吸積盤中心有一個強大的引擎，射出高速的粒子。結合電波、可見光、紫外線和X光望遠鏡的觀測數據，我們確認潮汐破壞事件能充當巨大的粒子加速器。」

AT2019dsg 是為數不多的已知有 X 光輻射的潮汐破壞事件之一。科學家認為X光可能來自黑洞附近、吸積盤內部，或高速粒子噴流。研究團隊成員之一，國立清華大學天文研究所特聘教授江國興參與這次潮汐破壞事件的 X 光數據分析。江教授表示：「 AT2019dsg 的 X 光以前所未有的速度衰減，因研究小組沒有看到強大的噴流，這暗示吸積盤以高速冷卻，或X光被逐漸增加的外圍氣體迅速吸收。」

論文的第二作者荷蘭萊頓大學助理教授 Sjoert van Velzen 說：「當我們發現 ZTF 所找到的第二明亮潮汐破壞事件是高能微中子的來源，我們非常激動。」

江教授說明：「雖然微中子像幽靈，但由於微中子幾乎不與任何物質有相互作用，所以每一顆來自宇宙深處的微中子都帶著其宿主星體的重要信息。只要搭配其他電磁波或重力波的觀測，我們可以更全面了解產生高能微中子的物理機制及追溯其來源。」

ZTF計畫約一半經費由美國國家科學基金會提供，另一半則由加州理工學院領導的國際合作團隊所分擔，中央大學及清華大學透過科技部補助組成的「探高」團隊是國際合作成員之一。

當超大質量的黑洞將恆星撕裂之後，大約一半的恆星碎片被拋到太空，而其餘的則在黑洞周圍形成發光的吸積盤。 該系統在不同波段發出明亮的光芒，並可能產生垂直於吸積盤的高能噴流狀向外物質流。吸積盤附近的中央強大引擎同時射出高能微中子。

原文刊於
http://www.astr.nthu.edu.tw/p/404-1336-198097.php?Lang=zh-tw
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2018week 19學習心得

延續上周說要多看科普和心理學，這周看了霍金的"時間簡史"，這本是科普神書，銷售了幾千萬冊，但我有超過七成看不懂...
後來霍金又出了一本"新時間簡史"，是上一本的簡單版。

講了宇宙觀，相對論、量子力學、蟲洞、時間旅行...
我已經感受的到霍金盡量講的淺顯了，但我還是很多地方看不太懂，之前著名的傳記作者Isaacson寫的那本愛因斯坦傳，我看到一半就看不下去，裡面太多相對論了，搞得我好糊塗...之後有時間再來看國家地理頻道的紀錄片，看有沒有親民一點...

我整理一些重點：

西元前300多年前的宇宙觀，亞里斯多德主張地球靜止不動，日月星辰皆繞著地球轉，地球是宇宙的中心。西元二世紀托勒密更進一步延伸其說法，並獲得教會認可，認為這模型更符合聖經說法。
到了15世紀，哥白尼發現地球繞著太陽轉，卻只敢匿名提出，怕被教會抓起來。近百年後，克卜勒和伽利略才公開支持哥白尼，這惹惱了亞里斯多德派的學者，教會命令伽利略永遠不得再提出該學說，並判伽利略終身軟禁。事實上，伽利略一直是虔誠的天主教徒，但他仍堅持科學獨立，直到過世前4年，將著作偷偷給出版社，這部"新科學對話"促成了現代科學的誕生。

現在已知太陽只是銀河系一千億個恆星之一，銀河系只是本星系群眾多星系之一，本星系群又只是數千個星系群團組成宇宙中的一個星系群而已。(太陽有壽命的，不過燒完還要幾十億年)

要討論宇宙的本質，是否有開始與結束，要先了解科學理論的意義。一個好的理論，須符合兩項要求：
(1)以幾項要素的模型為基礎，對一大類觀察做出正確描述。
(2)並能對未來的觀察做準確預測。
例如亞里斯多德的萬物由水火土氣四大元素理論，雖然看似簡單，卻不能準確預測未來。而牛頓的重力理論，就能對日月星辰的運動做高精準預測。
任何理論都是暫時的，永遠無法證明，不管多少次實驗與理論符合，只要產生一個反例，就會把理論打破，必須修正。一個好的理論要提出預測，以供檢驗。
新理論往往是舊理論的延伸，例如在地球日常生活的現象用牛頓重力都可解釋，但到了水星軌道的預測，就發現愛因斯坦的廣義相對論才說得通。(不能只考慮物理的質量，還要考慮星體的成份結構)

相對論指出要放棄絕對時間的概念，這讓牛頓很難接受，因為與他"絕對上帝"的信仰有衝突。兩人在不同的速度下或在不同的高度下，會有不同的時間(住在山上的人會老的比較快呢)，這點已經實驗得出。(科學家在水塔的頂端和底部各擺一具時鐘)

現在，我們又發現量子力學跟廣義相對論產生了一些衝突，於是再修正。量子力學發現永遠無法準確測量一個粒子的位置與速度，每次都會發現有一些結果是A，一些結果是B，這個重要理論來自測不準原理，因為光子會影響觀測粒子的運動，使物體在一個震動的狀態，這使的物體必定會存在隨機性與不可預測性。愛因斯坦對此非常排斥，說了一句名言："上帝不會擲骰子！"。
但量子力學成為了現代科技的重要基礎，支配了電晶體的運作。

連牛頓還有愛因斯坦這麼牛的人都無法擺脫意識形態，我這種凡夫俗子就更難做到事事客觀了，繼續努力...

目前已知共有四種作用力，重力、電磁力(電子與夸克)、弱核力(原子的衰變)、強核力(質子與中子結合)
電磁力比重力強上許多(兩個電子之間的電磁力與比重力強上1後面42個零倍)，這是為何電子會繞著原子核轉的原因。

原來沒有查克拉跟念能力啊...我的小小童心被抹滅了...

目前科學家正在尋找將量子力學跟重力結合的新理論，"量子重力理論"。
物理的終極目標，在於提出一個能描述整個宇宙的理論。包含宇宙如何隨時間演變，以及宇宙一開始的狀態。(有些人不準談論後者，任何那是上帝創造的)
目前無論是相對論或量子力學等...理論，都能解釋宇宙大部分的狀況，那一直繼續追尋終極理論有用嗎？(不過以前大家也認為相對論跟量子力學沒有用，但這些理論後來帶來了核能與微電子革命)
可能發現終極理論無助於提升人類生存的機率，但至少能滿足人類求知的天性。

在牛頓的時代，一個受教育的人士自認為掌握人類全部的知識，然而，後來理論不斷更新，一般人很難消化，目前大眾對於科學進展所知寥寥無幾，即便是專家，也只能了解一小部分。學校學的東西多半過時，只有極少數科學家能掌握最先進知識，但這些人必須全力投入，也只能專精極小領域。

古代為了解釋宇宙，往往認為是具有人類七情六慾的神靈所控制，其行事作風就像一個無法預測的人類，人類必須敬畏供奉神靈，以求風調雨順。後來，人類慢慢注意到這些現象有跡可循，發現了許多理論。到目前為止，科學家都忙著繼續發展新理論來解釋宇宙如何運作，卻沒有去問"為什麼"。另一方面，應該研究"為什麼"的哲學家，卻跟不上科學的腳步，在18世紀前，哲學家仍把人類所有知識納入自己的研究範圍，但之後科學變的相當技術化和數學化，除了少數科學家，哲學家和一般人都難以掌握，使的哲學家不斷縮小自己的範圍，讓20世紀最著名的哲家學維根斯坦感嘆："哲學剩下的唯一任務是分析語言"。這對亞里斯多德到康德傳下來的偉大哲學思想，無疑是一大打擊。

不過，若是未來發現完整的統一理論，經過普羅大眾的消化，那大家就能開始討論為什麼我們和宇宙會存在的問題，若是真能找到答案，將是人類理性的最終勝利，因為我們將會明白神的心意。

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書裡有談蟲洞和時空扭曲的問題，但超出我理解範圍...有興趣的朋友可以去翻翻，有空歡迎指導小弟<_ _>
不過還真是佩服這些科學家，探究這些理論超級困難，用各種複雜的科學測量方式去理解比銀河系還遠的東西，比質子還小的東西...
探究這些沒什麼錢賺，只是為人類的知識天花板再突破...更佩服像伽利略那樣，就算被關起來，還是要講自己認為對的事，令人敬佩！